geração de energia raposo

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Centrais Hidrelétricas
Referência: Geração de energia elétrica.
 			Lineu Belico dos Reis.
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Centrais Hidrelétricas
Embora o planejamento para a produção de energia elétrica devesse levar em consideração os demais aproveitamentos e uso da água, não é o que normalmente ocorre. 
Todavia, essa situação vem sendo modificada com a necessidade de avaliação de impacto ambiental para os projetos hidroelétricos.
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Centrais Hidrelétricas
O código das águas de 1934 estabelece a harmonização dos aproveitamentos hidráulicos para a geração de energia com as outras possibilidades de utilização do recurso.
A constituição Federal de 1988 introduziu algumas modificações no código das águas e estabeleceu novos princípios quanto à sua administração.
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Reservas mundiais de água
As reservas mundiais de água potável atingem níveis críticos, causando problemas econômicos, sociais e políticos.
A solução para esse dilema é promover o desenvolvimento sustentável, de forma que as alterações no meio ambiente não causem limitações às gerações futuras.
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Noções de Hidrologia
Para um bom aproveitamento dos recursos hídricos é fundamental um projeto que leve em consideração as condições físicas, sociais e ambientais. 
Devido às especificidades de cada projeto, dificilmente podem ser aproveitados projetos padronizados como soluções para problemas relativos a recursos hídricos.
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Ciclo Hidrológico
Define-se como ciclo hidrológico o processo de transferência da água que evapora dos mares, rios e lagos para os continentes através da precipitação na forma de chuva, neve ou granizo.
A hidrologia estuda a velocidade com que a água passa pelas diversas fases do ciclo e as variações dessa velocidade em função do tempo e do espaço. Esse estudo é essencial aos projetos de aproveitamento dos recursos hídricos.
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Bacia Hidrográfica
Define-se bacia hidrográfica como a área da superfície do solo capaz de coletar a água das precipitações meteorológicas e conduzi-las ao curso d’água. 
Sua determinação é feita através de cartas topográficas com curvas de nível e identificação dos espigões.
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Bacia Hidrográfica
Existem vários fatores que condicionam o fluxo d’água em uma bacia hidrográfica:
Área da bacia hidrográfica.
Topologia da bacia: declividades, depressões;
Superfície do solo e condições geológicas.
Obras de controle e uso da água como irrigação, barragens, etc.
Uma característica de um curso d’água, importante para seu aproveitamento de forma adequada, é a vazão. Entende-se por vazão o volume de água que passa em uma seção reta na unidade de tempo.
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Curva-chave
Com o registro das vazões é possível construir uma curva do nível de água em função da vazão, denominada de curva-chave.
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Conceito de fluviograma
Geralmente os projetos necessitam do cálculo do valor máximo instantâneo da vazão. Para isso utiliza-se o fluviograma.
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Curvas de duração de vazões
As características do regime natural de um rio são frequentemente sintetizadas em uma curva de duração de vazões.
Percebe-se que o rio 2 pode fornecer uma vazão de pelo menos 3 m3/s. 
O rio 1 só poderá manter uma vazão mínima a maior parte do tempo se utilizar um reservatório.
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Regularização de vazões
Devido o comportamento variável das vazões no rio apenas uma vazão muito pequena poderia ser usada na maior parte do tempo. 
Se os aproveitamentos da água fossem realizados baseando-se apenas nessa vazão seria em geral antieconômico, pois grande parte da água não seria utilizada. 
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Regularização de vazões
As barragens de acumulação permitem o armazenamento para utilização da água da forma e no momento que for mais adequados. 
A construção de barragens implica em vantagens e desvantagens. Uma avaliação técnico-econômica e socioambiental irá definir quais são as vantagens e quais são as desvantagens.
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Regularização de vazões
Diversos aproveitamentos podem ser realizados no mesmo rio ou em rios diferentes que podem ser interligados através da rede elétrica. 
Os aproveitamentos a fio d’água, sem reservatórios, usando a vazão primária dos rio (vazão disponível entre 90% e 100% do tempo). A energia associada a essa vazão recebe o nome de energia primária.
Os aproveitamentos com regularização de vazão permite que se associe essa vazão regularizada com o nome de energia firme, ou seja, aquela que pode ser garantida durante quase todo o tempo.
Para os aproveitamentos a fio d’água a energia firme coincide com a energia primária.
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Capacidade dos reservatórios
A capacidade dos reservatórios construídos em terrenos naturais é calculada com base na altura máxima de operação do reservatório a partir do levantamento topográfico.
Na ausência de bons mapas topográficos existem outros processos menos precisos.
Obtidos os dados referentes ao reservatório é possível então traçar as curvas área por altitude e capacidade por altitude.
Essa curvas permitem uma visão preliminar dos impactos ambientais e sociais.
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Capacidade dos reservatórios
O nível normal dos reservatórios é a cota máxima até a qual as águas se elevarão em condições normais de operação.
O nível mínimo dos reservatórios é a cota mínima até a qual as águas baixam em condições normais de operação.
O Volume armazenado entre os níveis normal e mínimo é denominado volume útil do reservatório
A caudabilidade indica a quantidade de água que pode ser fornecida pelo reservatório em determinado período de tempo.
É denominada vazão firme a vazão máxima que pode ser garantida durante um período crítico de estiagem.
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Produção de energia elétrica
A produção de energia elétrica dependerá, dentre outros fatores, da vazão de água efetivamente usada para produzir a energia mecânica que irá acionar o gerador elétrico.
Essa vazão recebe o nome de vazão turbinável, pois deverá acionar a turbina que transmitirá energia ao gerador.
Em uma central hidrelétrica a água aciona um conjunto turbina hidráulica – gerador elétrico para produzir a energia elétrica.
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Turbina hidráulica
A turbina hidráulica transforma energia hidráulica em energia mecânica.
O Gerador elétrico é acionado por acoplamento mecânico e transforma energia mecânica em elétrica devido aos fenômenos eletromagnéticos.
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Gerador elétrico
Normalmente são utilizados geradores síncronos, devido ao sistema ter que operar com frequência fixa.
O Controle do Gerador é realizado através de reguladores de tensão de saída, atuando no enrolamento de excitação.
O Regulador de velocidade controla a frequência da tensão gerada através da válvula de entrada de água na turbina.
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O vertedouro permite a passagem direta da água para jusante com a função de evitar que a barragem seja danificada. 
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As comportas
Permitem isolar a água do sistema final de produção da energia elétrica permitindo assim o trabalho de manutenção.
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O conduto forçado é caracterizado pelo escoamento a plena seção. Existem condutos forçados de baixa e de alta pressão.
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Arranjo de eixo horizontal
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Usinas a fio dágua
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Usinas com reservatório
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Características Gerais
As hidrelétricas apresentam incertezas para o fornecimento de energia e capacidade para suprir a demanda na ponta.
Propriedades aleatórias como vazão natural dos rios, quantidade de água captada durante o ano e tamanho do reservatório limitam a geração anual de energia.
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Características Gerais
Existem 3 maneiras de melhoras a contribuição de centrais hidrelétricas dentro de sistemas de potência:
Aumentar a potência de pico ampliando a capacidade instalada em centrais já existentes.
Aumentar a produção de energia ampliando a vazão através do gerenciamento dos recursos hídricos da bacia ou aumentar a capacidade dos reservatórios ampliando a altura das barragens já existentes.
Construir novas centrais hidrelétricas considerando a possibilidade de expansão do parque geradorde enegia elétrica.
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Hidrelétricas - Grupos
As usinas hidrelétricas dividem-se em três grandes grupos: Grandes, médias e pequenas centrais hidrelétricas.
No estado de Santa Catarina existem PCH’s nos minicípios de Benedito novo, Dr. Pedrinho, Faxinal dos Guedes, Ponte Serrada, Campos Novos, Curitibanos, Xanxerê, etc.
As PCH’s tem como principal vantagem a simplicidade na concepção e na operação.
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Grandes Centrais
As grandes centrais hidrelétricas caracterizam-se por:
Providenciar não só reserva girante para situações de emergência ocorridas no sistema, mas também condições de suprir o pico de demanda;
Apresentar altas economias de escala: em particular para instalações com grandes reservatórios, o custo marginal de capacidade adicional de geração tende a ser irrisório;
Possui grande energia firme;
Apresenta maiores problemas ambientais.
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As pequenas Centrais
As PCH’s caracterizam-se por:
Possuir rápida entrada no sistema de potência e flexibilidade para mudar rapidamente a quantidade de energia fornecida ao sistema devido às mudanças na demanda;
Apresentar baixo custo de operação, manutenção e produção de energia;
Apresenta características mais suaves de inserção ambiental. 
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Reabilitação
A Reabilitaçãode centrais hidrelétricas antigas tem sido amplamente utilizada no Brasil. Diversos projetos estão em andamento, através dos quais é possível reabilitar usinas próximas ou além do fim de sua vida útil.
O grande atrativo para esta reabilitação é o baixo investimento necessário em usinas que operam em situação precária e ineficiente.
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Reabilitação
A Reabilitação de centrais hidrelétricas antigas tem se tornado atrativo pois:
1. Permite o aumento da potência e/ou a eficiência.
2. Redução do tempo de parada para manutenção.
3. Aumenta da vida útil dos equipamentos da usina.
O tempo de reabilitação de usinas antigas é atrativa. O gasto e o tempo despendidos são bem menores do que se fosse iniciada uma nova obra. 
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Como medir energia hidráulica
A energia hidráulica é medida por duas grandezas: O desnível e a Vazão de água.
desnível é a medida vertical entre o nível do lago da represa formada pelo barramento e o nível mais baixo onde a água pode ser devolvida no leito natural do rio.
A vazão é a água disponível para a movimentação das turbinas.
Turbinas são equipamentos parecidos com rodas d’água que giram pela ação do jato de água.
Para calcularmos a energia hidráulica utilizamos a seguinte formula:
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Exercício: Uma propriedade possui uma cachoeira com 8m de altura. Por meio de uma pequena barragem construída na parte de cima, é possível elevar o nível do rio 4m acima da cachoeira. Assim, temos o desnível total de 12m. Medindo a vazão do rio várias vezes ao ano encontramos uma vazão média igual a 4m3/s. Determine a potência hidrelétrica. 
Esta é a potência Hidráulica. Para estimarmos a potência hidrelétrica da CGH a ser instalada, devemos calcular as perdas inerentes aos sistemas de adução, turbinas, geradores, etc. Estas perdas são estimadas em 15% para efeito de cálculo inicial. Sendo assim temos: